DE102018201245B3

DE102018201245B3 - Target für eine Strahlungsquelle, Strahlungsquelle zum Erzeugen invasiver elektromagnetischer Strahlung, Verwendung einer Strahlungsquelle und Verfahren zum Herstellen eines Targets für eine Strahlungsquelle

Info

Publication number: DE102018201245B3
Application number: DE102018201245.8A
Authority: DE
Inventors: Marco Erler
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-27
Also published as: GB2583878B; US11145482B2; GB2583878A; WO2019145493A1; JP7185694B2; US20200396818A1; GB202011734D0; CN111902903B; CN111902903A; JP2021511621A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Target (10) für eine Strahlungsquelle (1) invasiver elektromagnetischer Strahlung, mit wenigstens einem Targetelement (20), das dazu eingerichtet ist, bei einer Bestrahlung mit Teilchen eine invasive elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und das mit einer Substratanordnung (28) zur Ableitung von Wärme aus dem Targetelement gekoppelt ist, wobei das Targetelement (20) eine Umfangsfläche aufweist, welche einen ersten Teil der Außenoberfläche des Targetelements (20) bildet, wobei die Außenoberfläche des Targetelements (20) außerdem durch eine Seitenfläche (38) des Targetelements (20) gebildet ist, wobei eine Erstreckung der Seitenfläche (38) eine Dicke (D) des Targetelements (20) definiert, wobei eine Umfangslinie der Seitenfläche (38) eine Randlinie der Umfangsfläche bildet, wobei das Target (10) eine Stirnfläche (22) aufweist, als deren Teil die Seitenfläche (38) des Targetelements (20) zur Bestrahlung mit den Teilchen freiliegend angeordnet ist, und wobei die Substratanordnung (28) mit der Umfangsfläche in Kontakt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Target, eine Strahlungsquelle, eine Verwendung einer Strahlungsquelle und ein Verfahren zum Herstellen eines Targets. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Target mit einer freiliegenden Fläche eines Targetelements. Bei Verwendung einer entsprechenden Strahlungsquelle mit dem Targetelement kann die freiliegende Fläche mit Teilchen, insbesondere Elektronen, bestrahlt werden, um eine invasive elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Für industrielle Computertomographie (CT)-Anwendungen wird invasive Strahlung genutzt, insbesondere Röntgenstrahlung. Die Bildqualität der entstehenden Durchstrahlungsbilder des untersuchten Objekts hängt unter anderem von der Leistungsdichte (Strahlungsflussdichte) eines Teilchenstrahls (insbesondere eines Elektronenstrahls) ab, der zur Erzeugung der invasiven Strahlung auf ein so genanntes Target einer Strahlungsquelle eingestrahlt wird, in dem die invasive Strahlung entsteht. In dem Target werden die Teilchen abgebremst, wodurch die invasive, elektromagnetische Strahlung als sogenannte Bremsstrahlung entsteht. Der räumliche Wechselwirkungsbereich der Teilchen mit dem Target wird auch als Brennfleck bezeichnet. Die Leistungsdichte des Teilchenstrahls soll für viele Anwendungen möglichst hoch sein, um eine hohe Strahlungsleistung der invasiven Strahlung und somit eine gute Bildqualität zu erzielen. Weist der Teilchenstrahl aber eine zu hohe Leistungsdichte auf, kann das Target in dem Brennfleck verdampft und somit beschädigt werden.
Eine Möglichkeit, um derartige Beschädigungen zu vermeiden, besteht in einem Aufweiten des Teilchenstrahls. Der Brennfleck auf dem Target wird dann vergrößert und die Strahlungsflussdichte verringert sich. Die hierdurch verursachte größere Spotgröße auf dem Target entspricht jedoch weniger einer punktförmigen Strahlungsquelle der von der Quelle ausgehenden elektromagnetischen Strahlung, verringert die Bildschärfe der Durchstrahlungsbilder und verringert somit auch die erzielbare Bildqualität.
Bei kleinerer Spotgröße kann gearbeitet werden, wenn die Leistung der invasiven Strahlung reduziert wird. Bekannte Detektoren zum Detektieren der invasiven Strahlung und zum Erzeugen der Durchstrahlungsbilder des Objekts erzeugen aber bei geringer Leistung Bilder mit niedrigem Signal-Rauschverhältnis.
Die US 5 148 462 A offenbart eine Röntgenstrahlanodenquelle, bei der ein metallisches Targetmaterial auf eine Diamantenstruktur aufgebracht ist und auch teilweise von dieser umgeben sein kann, jedoch mit von der Erfindung abweichenden geometrischen Verhältnissen.
Die US 2015 / 0 117 616 A1 offenbart eine Röntgenstrahlvorrichtung mit einer Targeteinheit, bei der ein Targetmaterial in einem Diamantsubstrat versenkt ist.
Die US 8 416 920 B2 offenbart ein Target zur Röntgenstrahlerzeugung, bei der ein Targetmaterial in Ausnehmung eines Substrats eingebracht ist.
Es besteht somit ein Bedarf dafür, eine Lösung zum Erzeugen invasiver elektromagnetischer Strahlung bereitzustellen, die das Abstrahlen einer elektromagnetischen Strahlung mit einer hohen Strahlungsleistung bei einer geringen Spotgröße ermöglicht.
Der Erfinder hat im Allgemeinen erkannt, dass eine Alternative zu einem Aufweiten des Teilchenstrahls benötigt wird. Diese kann insbesondere in einer verbesserten Wärmeableitung der beim Abbremsen der Teilchen entstehenden Wärme aus dem Target bestehen. Eine verbesserte Wärmeableitung aus dem Target ermöglicht eine höhere Leistungsdichte der auftreffenden Teilchenstrahlung, ohne dass es zu einer Beschädigung des Targets kommt.
Hierfür schlägt die Erfindung ein Target, eine Strahlungsquelle, eine Verwendung und ein Verfahren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1, 10, 11 und 12 vor. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Target für eine Strahlungsquelle invasiver elektromagnetischer Strahlung umfasst wenigstens ein Targetelement, das dazu eingerichtet ist, bei einer Bestrahlung mit Teilchen eine invasive elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und das mit einer Substratanordnung zur Ableitung von Wärme aus dem Targetelement gekoppelt ist. Das Targetelement weist ferner eine Umfangsfläche und somit eine in sich geschlossen umlaufende Fläche auf, welche einen ersten Teil der Außenoberfläche des Targetelements bildet. Die Außenoberfläche des Targetelements ist außerdem durch eine Seitenfläche des Targetelements gebildet, wobei eine Erstreckung der Seitenfläche eine Dicke des Targetelements definiert, wobei eine Umfangslinie und somit eine in sich geschlossen umlaufende Randlinie der Seitenfläche eine Randlinie der Umfangsfläche bildet. Das Target weist ferner eine Stirnfläche auf, als deren Teil die Seitenfläche des Targetelements zur Bestrahlung mit den Teilchen freiliegend angeordnet ist. Die Substratanordnung ist mit der Umfangsfläche in Kontakt.
Wie erwähnt, kann es sich bei der invasiven elektromagnetischen Strahlung um eine Röntgenstrahlung handeln, insbesondere für industrielle CT-Anwendungen, bei denen Werkstücke zum Erstellen von Durchstrahlungsbildern durchleuchtet werden. Das Targetelement kann allgemein dazu eingerichtet sein, bei einem Bestrahlen mit einem Teilchenstrahl (zum Beispiel in Form eines Elektronenstrahls oder eines Protonenstrahls) eine Bremsstrahlung in Form von Röntgenstrahlung oder eine invasive Strahlung anderer Wellenlänge zu emittieren. Hierfür kann das Targetelement aus einem geeigneten Material bestehen oder das Material aufweisen, wie zum Beispiel Wolfram (siehe unten).
Das Target ist insbesondere als nicht-transmissives Target, d.h. als Reflexionstarget ausgebildet. Solche Targets werden auch als Direktstrahler bezeichnet. Die Leistung des Teilchenstrahls (und insbesondere eines etwaigen Elektronenstrahls) kann zum Beispiel 500 W betragen. Eine Auflösung der erzeugten elektromagnetischen Strahlung und insbesondere einer etwaigen Röntgenstrahlung kann zwischen 1 µm und 5 µm betragen. Die Brennfleckgröße kann zwischen 10 µm bis 200 µm und zum Beispiel zwischen 5 µm und 10 µm betragen.
Die Substratanordnung umfasst vorzugsweise ein Material mit einem im Vergleich zu Metallen hohen Wärmeleitungskoeffizient und einem hohem Schmelzpunkt. Zusätzlich oder alternativ kann das Material elektrisch isolierend sein. Insbesondere kann das Material dazu ausgelegt sein, keine elektromagnetische Strahlung und vor allem keine Röntgenstrahlung zu emittieren, wenn der Teilchenstrahl auf das Material trifft. Durch das Kontaktieren und/oder Verbinden des Substratmaterials mit der Umfangsfläche des Targetelements ist ein Wärmeübergang von dem Targetelement auf das Material der Substratanordnung sichergestellt. Beispielsweise kann ein direkter Kontakt zwischen dem Targetelement und der Substratanordnung vorgesehen sein und/oder ein indirekter Kontakt über Zwischenmaterial zum Befestigen des Targetelements an der Substratanordnung, wie beispielsweise einer Lotschicht. Die Substratanordnung kann ferner wenigstens ein Substratelement umfassen, dass vorzugsweise im Wesentlichen blockförmig ist und/oder sich entlang des Targetelements erstreckt (insbesondere entlang dessen gesamter Länge).
Bei der Umfangsfläche des Targetelements kann es sich (zum Beispiel bei einer nachfolgend erläuterten zylindrischen und/oder drahtförmigen Ausbildung) um eine zumindest bereichsweise gekrümmt verlaufende Außenumfangsfläche handeln. Im Falle eines nachstehend erläuterten schichtartig ausgebildeten Targetelements kann die Umfangsfläche je eine Oberfläche an der Ober- und Unterseite des Targetelements aufweisen, sowie zwei diese Oberflächen verbindende Seiten-Oberflächen, d.h. Seitenflächen. Anders ausgedrückt kann die Umfangsfläche in diesem Fall zwei der Seitenflächen der im Wesentlichen prismatischen oder quaderförmigen Targetschicht aufweisen, welche durch entsprechende Grund- und/oder Deckflächen der Targetschicht verbunden sind. Nicht zur Umfangsfläche gehören in diesem Fall eine vordere und eine hintere Seitenfläche der Targetschicht, von denen eine zur Bestrahlung mit Teilchen freiliegend angeordnet ist.
Bei der Dicke des Targetelements kann es sich um eine Schichtdicke dieses Elements handeln oder um einen Durchmesser im Falle einer drahtförmigen Ausbildung. Allgemein kann sich die Dicke auf eine Abmessung des Targetelements beziehen, die in einer im Wesentlichen senkrecht zu einem auftreffenden Teilchenstrahl verlaufenden Richtung zu messen ist. Die Dicke kann den Brennfleck begrenzen. Dies ist dann der Fall, wenn der Teilchenstrahl in Richtung der Dicke eine größere Abmessung aufweist als das Targetelement.
Die Stirnfläche des Targets kann sich ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zu einem auftreffenden Teilchenstrahl erstrecken oder auch geneigt hierzu. Ferner kann die Stirnfläche gewölbt und insbesondere konvex gewölbt ausgebildet sein, wobei sich die Wölbung allgemein hin zu dem auftreffenden Teilchenstrahl erstrecken kann (d.h. auf den Teilchenstrahl zu). Die freiliegende Seitenfläche des Targetelements kann mit den übrigen Abschnitten der Stirnfläche fluchten und/oder die gesamte Stirnfläche des Targets kann im Wesentlichen plan sein. Eine freiliegende Seitenfläche bedeutet, dass diese zur Bestrahlung mit den Teilchen exponiert und/oder nicht durch weitere Materialien oder Elemente abgeschirmt ist.
Die vorstehend definierte Struktur des Targets ermöglicht eine Teilchenbestrahlung vorzugsweise ausschließlich einer einzigen Seitenfläche. Über Längserstreckung des Targetelements in Tiefenrichtung und über die Umfangsfläche des Targetelements kann die bei der Bestrahlung entstehende Wärme in die Tiefe abgeleitet und in die Substratanordnung eingeleitet werden. Vorzugsweise ist ein Großteil der Umfangsfläche, zum Beispiel mehr als 90 % und vorzugsweise mehr als 95 %, in Kontakt mit dem Substratmaterial der Substratanordnung. In jedem Fall, in dem wie bevorzugt die Umfangsfläche größer als die freiliegende Seitenfläche ist, kann der über die freiliegende Seitenfläche erfolgende Energieeintrag durch eine vergleichsweise große Kontaktfläche direkt vom Targetelement in die Substratanordnung abtransportiert werden, ohne dass der Energieeintrag zu Beschädigungen des Targets führt. Folglich kann die Leistungsdichte des auftreffenden Teilchenstrahls erhöht werden, ohne dass der Teilchenstrahl aufgeweitet werden muss. Weiterhin ermöglicht es die erfindungsgemäße Struktur, dass selbst bei einsetzendem Verschleiß an der freiliegenden Seitenfläche des Targetelements (z.B. bei Abbrand) noch ausreichend Materialvolumen zur Verfügung steht, um Intensitätsänderungen der erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu vermeiden. In der Tiefenrichtung, d.h. in einer Richtung quer zur Oberfläche der Seitenfläche, kann sich beliebig viel Material befinden, da ein Substrat als Träger des Targetmaterials in der Tiefenrichtung nicht erforderlich ist. Die Lebensdauer und die verfügbare Betriebsdauer des Targets können somit erhöht werden. Z. B. im Falle eines drahtförmigen Targetelements kann das Targetelement in der Tiefenrichtung so lang dimensioniert werden, dass die Umfangsfläche größer ist als die freiliegende Seitenfläche. Letztere kann wie eine Querschnittsfläche des drahtförmigen Targetelements geformt sein. Im Falle eines schichtartigen Ausbildens des Targetelements kann die freiliegende Seitenfläche ebenfalls wie eine Querschnittsfläche geformt sein und/oder eine vergleichsweise schmale (in Dickenrichtung) längliche (in Breitenrichtung) Erstreckung aufweisen. Aufgrund eines großen Verhältnisses zwischen Breite und Dicke der freiliegenden Seitenflächen wird lediglich eine geringe Abmessung in Tiefenrichtung benötigt, sodass die Umfangsfläche einer solchen Targetschicht größer ist als die freiliegende Seitenfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Targetelement einen polygonalen Grundriss mit unterschiedlichen Seitenlängen auf. Dabei definiert die Seitenfläche insbesondere eine Seite dieses Grundrisses, die nicht die größte Seitenlänge hat. Die Grundfläche hat somit Seiten mit größerer Länge, insbesondere in Tiefenrichtung. Insbesondere kann es sich um eine Grundfläche handeln, die rechteckig ist.
In einer Ausgestaltung ist der Grundriss rechteckig und weist zwei längere Seiten und zwei kürzere Seiten auf. Die freiliegende Seitenfläche bildet oder enthält in diesem Fall vorzugsweise die kürzere Seite.
Das Targetelement ist erfindungsgemäß schichtartig ausgebildet. Die freiliegende Seitenfläche des Targetelements definiert eine Dicke und eine im Vergleich zu der Dicke größere Breite des Targetelements, d.h. das Targetelement weist eine im Vergleich zur Dicke größere Breite auf, wobei eine Gesamtlänge der Umfangslinie durch die Dicke und durch die Breite definiert ist. Im Fall einer rechteckförmigen Seitenfläche ist die Gesamtlänge der Umfangslinie gleich dem Zweifachen der Dicke zuzüglich dem Zweifachen der Breite. Die Ausgestaltung mit schichtartigem Targetelement ist jedoch nicht auf eine rechteckförmige Seitenfläche beschränkt. Die Substratanordnung ist an in Richtung der Dicke einander gegenüberliegenden Seiten der Umfangsfläche vorzugsweise vollflächig mit dieser in Kontakt. Daher wird in dem Targetelement entstehende Wärme schnell über die entsprechend große Gesamt-Kontaktfläche zur Substratanordnung abtransportiert. Jedoch wird auch bei anderen Formen des Targetelements, wie zum Beispiel die im Folgenden noch beschriebene drahtförmige Form, bevorzugt, dass die Substratanordnung an einander gegenüberliegenden Seiten der Umfangsfläche mit dieser in Kontakt ist, insbesondere über die gesamte Länge des Targetelements in Tiefenrichtung. Im Fall des schichtartigen Targetelements wird bevorzugt, dass die Substratanordnung vollflächig mit der Umfangsfläche in Kontakt ist und zwar bevorzugt teilweise indirekt über Lotmaterial und teilweise direkt über Presskontakt. Optional sind von dem vollflächigen Kontakt lediglich die Seitenflächen der Umfangsfläche ausgenommen, d. h. diejenigen Seitenflächen, welche die Erstreckung des Targetelements in Tiefenrichtung und Dickenrichtung definieren.
Die Dicke des Targetelements und insbesondere eine etwaige Schichtdicke hiervon kann allgemein geringer gewählt sein als eine Dicke der Substratanordnung, wobei die Dicke der Substratanordnung und die Dicke der Schicht parallel zueinander zu messen sind. Jegliche der vorstehend genannten Dickenmaße können dabei parallel zu oder in der Stirnfläche des Targets verlaufen und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Verlaufsrichtung oder Strahlachse des auftreffenden Teilchenstrahls.
Das schichtartige Targetelement kann theoretisch an der freiliegenden Seitenfläche eine in der Breitenrichtung konstante Dicke haben. Auch in der Tiefenrichtung kann die Schichtdicke konstant sein.
Erfindungsgemäß nimmt die Dicke des schichtartigen Targetelements an der freiliegenden Seitenfläche in Richtung der Breite jedoch zu. Insbesondere kann die Dicke kontinuierlich und zum Beispiel linear in Richtung der Breite zunehmen, sodass die Seitenfläche trapezförmig ausgebildet ist. Allgemeiner kann das schichtartige Targetelement an der freiliegenden Seitenfläche eine entlang seiner Breite betrachtet variierende Dicke aufweisen, zum Beispiel eine über die gesamte Erstreckung in der Breitenrichtung oder einen Teil davon kontinuierlich zu- oder abnehmende Schichtdicke. Je nachdem, auf welchen Teilbereich der freiliegenden Seitenflächen der auftreffende Teilchenstrahl gerichtet wird, kann somit die Brennfleckgröße variieren, wenn der Querschnitt des Teilchenstrahls auf einen Teilbereich der Stirnfläche des Targets trifft, in dem sich ein Rand der freiliegenden Seitenfläche befindet. Das Material des Targets jenseits des Randes des Targetelements trägt nicht zur Erzeugung von invasiver Strahlung bei.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Targetelement zylindrisch ausgebildet. Dabei kann die Seitenfläche eine in einer Vorderansicht auf das Targetelement elliptische oder kreisförmige Endfläche des Targetelements bilden. In diesem Zusammenhang kann das Targetelement eine Grundfläche aufweisen, die beispielsweise kreisrund oder oval ist, und ein sich entlang einer Längsachse des Targetelements erstreckendes Materialvolumen. Letzteres kann wiederum eine Umfangsfläche des Targetelements definieren. In einer Variante ist das Targetelement drahtförmig ausgebildet, wobei es wiederum allgemein länglich geformt sein kann und vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Die freiliegende Seitenfläche kann gemäß einer Querschnittsform des zylindrischen Targetelements geformt sein und/oder diese definieren. In einer Variante ist die freiliegende Seitenfläche kreisrund und definiert einen Durchmesser und somit eine Dicke des drahtförmigen Targetelements. Die Abmessungen des Durchmessers können z. B. zwischen 3 µm und 200 µm liegen und zum Beispiel bis zu 10 µm oder bis zu 20 µm betragen.
Das drahtförmige Targetelement kann in einer Aufnahmestruktur der Substratanordnung zumindest abschnittsweise aufgenommen sein. Die Aufnahmestruktur kann eine Nut umfassen, die beispielsweise eine V-förmige oder rechteckige Querschnittsform aufweist. Im Falle einer nachstehend erläuterten mehrteiligen Ausbildung der Substratanordnung kann in einem ersten Substratelement eine entsprechende Aufnahmestruktur (zum Beispiel eine Nut) vorgesehen sein, wobei ein zweites Substratelement die Nut zumindest abschnittsweise verschließt (zum Beispiel den zumindest einseitig offenen Querschnitt der Nut abschnittsweise verschließt). Alternativ kann die Aufnahmestruktur eine Bohrung umfassen, die insbesondere im Wesentlichen quer zu der Stirnfläche verlaufen kann und/oder in die das Targetelement eingesetzt ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Target eine Mehrzahl von Targetelementen mit unterschiedlichen Dicken umfasst. Die Targetelemente können aus einem identischen Material hergestellt sein und/oder im Wesentlichen identische Längen aufweisen, zum Beispiel orthogonal zur Stirnfläche des Targets betrachtet. Die Targetelemente können wiederum jeweils freigelegte Seitenflächen in einer Stirnfläche des Targets umfassen sowie jeweils dazu ausgebildet sein, bei einem Bestrahlen mit Teilchen invasive elektromagnetische Strahlung zu emittieren, die zum Erstellen von Objektdurchstrahlungsbildern verwendbar ist. Zum Variieren der Brennfleckgröße kann der Elektronenstrahl zwischen den Targetelementen wechseln oder, anders ausgedrückt, Targetelemente mit unterschiedlichen Dicken bestrahlen. Die freigelegten Seitenflächen können entlang einer gemeinsamen und vorzugsweise geradlinigen Linie angeordnet sein. Dies ermöglicht ein einfaches Richten des Elektronenstrahls auf die verschiedenen Targetelemente, zum Beispiel durch eine lineare Relativbewegung von Target und Elektronenstrahl oder eine Relativverdrehung, bei der der Elektronenstrahl linear über das Target bewegt wird.
In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass das Target eine Mehrzahl von drahtförmigen Targetelementen mit unterschiedlichen Dicken bzw. Durchmessern aufweist, die vorzugsweise wiederum in einer gemeinsamen Reihe innerhalb der Stirnfläche des Targets angeordnet und freigelegt sind. Die Brennfleckgröße kann in diesem Fall dadurch variiert werden, dass eine Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl zwischen den drahtförmigen Targetelementen wechselt (d.h. es werden aufeinanderfolgend verschiedene Targetelemente bestrahlt).
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Substratanordnung das Targetelement zumindest abschnittsweise umschließt. Dies kann durch das vorstehend geschilderte Aufnehmen eines drahtförmigen Targetelements in einer Aufnahmestruktur (zum Beispiel in einer Nut) und das Abdecken diese Aufnahmestruktur mit einem weiteren Element der Substratanordnung erfolgen. Allgemeiner formuliert kann das Targetelement sandwichartig zwischen einzelnen Substratelementen der Substratanordnung aufgenommen sein.
In einer Variante umfasst die Substratanordnung ein erstes und ein zweites Substratelement, die zumindest einen Abschnitt des Targetelements zwischen sich aufnehmen. Dabei können die Substratelemente vorzugsweise aneinander gepresst sein, zum Beispiel mittels mechanischer Befestigungs- oder Klemmelemente oder durch ein(e) nachfolgend erläuterte(s) Wärmeableitelement oder Wärmeableitanordnung. Die Substratelemente können jeweils blockförmig ausgebildet sein und/oder derart ausgebildet sein, dass das Targetelement möglichst vollflächig an ihnen anliegt (zum Beispiel mittels wenigstens einer im Wesentlichen vollständigen Grund- oder Deckfläche an ihnen anliegt). In einer Variante erstrecken sich die Substratelemente entlang der gesamten Länge des Targetelements in der Tiefenrichtung.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Substratanordnung in einem Wärmeableitelement oder in einer Wärmeableitanordnung aufgenommen ist, welche/welches vorzugsweise mit einer Kühlvorrichtung verbunden oder verbindbar ist. Die Kühlvorrichtung kann extern von dem Target bereitgestellt und beispielsweise ein Bestandteil einer nachstehend erläuterten Strahlungsquelle sein. Das Wärmeableitelement oder die Wärmeableitanordnung kann block- oder rohrförmig ausgebildet sein und/oder einen Aufnahmeabschnitt für die Substratanordnung umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Wärmeableitelement oder die Wärmeableitanordnung einen Hohlraum definieren, in den die Substratanordnung eingesetzt und/oder eingeschoben ist. Bei einer Mehrzahl von Substratelementen kann das Wärmeableitelement oder die Wärmeableitanordnung dazu eingerichtet sein, die Substratelemente z.B. durch Ausüben einer Anpress- oder Druckkraft zusammenzuhalten und/oder aneinander zu drängen. Allgemein kann eine zumindest abschnittsweise Anlage zwischen dem Wärmeableitelement (oder der Wärmeableitanordnung) und der Substratanordnung vorgesehen sein, um einen guten Wärmeübergang auf das Wärmeableitelement oder die Wärmeableitanordnung zu ermöglichen. Zum Verbinden mit der Kühlvorrichtung kann das Wärmeableitelement oder die Wärmeableitanordnung einen geeigneten Anschlussbereich umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Wärmeableitelement oder die Wärmeableitanordnung zumindest einen Kühlkanal umfassen, in den ein Kühlmittel einleitbar ist.
Auch die Substratanordnung kann mit einer Kühlvorrichtung verbunden oder verbindbar sein. Beispielsweise kann die Substratanordnung ebenfalls einen Kühlkanal umfassen und/oder einen Aufnahmebereich, in dem eine gekühlte Leitung der Kühlvorrichtung aufnehmbar ist. In einer Variante wird die Substratanordnung zumindest abschnittsweise mit einem Kühlmittel der Kühlvorrichtung be- und/oder umspült.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Target eine Substratanordnung auf, welche Diamant oder ein diamanthaltiges Material umfasst, und/oder weist das Target ein Targetelement auf, welches Wolfram umfasst, und/oder das Wärmeableitelement oder die Wärmeableitanordnung umfasst Kupfer.
Im Bereich der Stirnfläche können abseits der freigelegten Seitenfläche liegende Bereiche des Targetelements und insbesondere die Seitenfläche der Substratanordnung mit einer Materialschicht abgedeckt sein. Das Material dieser Schicht kann derart gewählt sein, das ein Aufladen von Elektronen in der Substratanordnung im Wesentlichen unterdrückt oder zumindest begrenzt wird. Hierdurch kann das Erzeugen eines elektrischen Gegenfeldes zum Elektronenstrahl vermieden werden. Insbesondere kann diese Schicht aus einem metallischen Material, einem Halbleitermaterial oder Kohlenstoff bestehen.
Alternativ zu den vorstehenden Ansätzen des Bestrahlens einer Seitenfläche im Target wird ferner ein Target vorgeschlagen, bei dem Wolframpartikel in eine Leichtmetallmatrix eingebracht werden. Im Rahmen eines Erkaltens einer solchen Zusammensetzung können sich die Wolframpartikel an einer Unterseite des Targets ablagern. Die Partikeldichte sollte derart gewählt sein, dass die Partikel einen Anteil von ca. 10% der Fläche Unterseite einnehmen. Diese Unterseite kann dann zum Erzeugen von Röntgenstrahlung mit einem Elektronenstrahl bestrahlt werden. Der Schmelzpunkt der Leichtmetallmatrix kann jedoch die dabei verwendbare Strahlleistung des Elektronenstrahls begrenzen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Strahlungsquelle zum Erzeugen invasiver elektromagnetischer Strahlung, umfassend ein Target nach einem der vorangehenden Aspekte; eine Teilchenstrahlquelle, die dazu eingerichtet ist, einen Teilchenstrahl auf das Target zu richten; und eine Positioniereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Target und den Elektronenstrahl variabel relativ zueinander auszurichten, sodass der Oberflächenbereich des Targets, auf den der Teilchenstrahl gerichtet ist, variierbar ist. Der Teilchenstrahl kann wiederum Elektronen umfassen. Die Teilchenstrahlquelle kann einen Glühdraht zum Emittieren der Elektronen umfassen. Durch die Positioniereinrichtung können der Teilchenstrahl und das Target z.B. relativ zueinander verdreht werden, zum Beispiel um eine senkrecht zum Teilchenstrahl verlaufende Achse. In einer Variante ist das Target relativ zu dem Teilchenstrahl verdrehbar, wobei die Drehachse wiederum orthogonal zu dem Teilchenstrahl verlaufen kann.
Mittels der Positioniereinrichtung kann der Teilchenstrahl auf verschiedene Oberflächenbereiche der freiliegenden Seitenfläche des Targetelements gerichtet werden. Im Falle einer konstanten Dicke des Targetelements kann dies zum Ausgleichen von lokalem Verschleiß verwendet werden (d. h. der Teilchenstrahl kann bei Bedarf auf einen noch nicht verschlissenen Abschnitt gerichtet werden). Im Falle einer variierenden Dicke (zum Beispiel bei einer trapezförmigen Seitenfläche des Targetelements) kann mittels der Positioniereinrichtung auch die Brennfleckgröße variiert werden.
Auch betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Strahlungsquelle der vorangehend beschriebenen Art, umfassend die Schritte:

- Richten eines Teilchenstrahls auf einen ersten Oberflächenbereich der Stirnfläche des Targets;
- Verändern einer Relativausrichtung von dem Target und dem Teilchenstrahl derart, dass der Teilchenstrahl auf einen zweiten Oberflächenbereich der Stirnfläche des Targets gerichtet ist;

Die unterschiedlich dicken Bereiche können im Falle lediglich eines Targetelements durch eine trapezförmige Form einer freigelegten Seitenfläche des Targetelements definiert sein. Im Falle mehrerer Targetelemente können diese jeweils voneinander unterschiedliche Dicken aufweisen und somit jeweils für sich genommen einen der unterschiedlich dicken Bereiche innerhalb der Stirnfläche des Targets definieren. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass das Target mehrere drahtförmige Targetelemente mit voneinander verschiedenen Durchmessern umfasst.
Die Verwendung kann allgemein jeglichen weiteren Schritt und jegliches weitere Merkmal umfassen, um sämtliche der vorstehend und nachstehend diskutierten Betriebszustände, Effekte und/oder Wechselwirkungen bereitzustellen. Insbesondere kann das Verfahren einen Schritt des Kühlens der Substratanordnung oder eines etwaigen Wärmeableitelements oder einer Wärmeableitanordnung umfassen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Targets für eine Strahlungsquelle invasiver elektromagnetischer Strahlung, insbesondere eines Targets in einer der in dieser Beschreibung beschriebenen Ausgestaltungen. Gemäß dem Verfahren

- wird wenigstens ein Targetelement bereitgestellt, das dazu eingerichtet ist, bei einer Bestrahlung mit Teilchen eine invasive elektromagnetische Strahlung zu erzeugen,
- weist das Targetelement eine Umfangsfläche auf, welche einen ersten Teil der Außenoberfläche des Targetelements bildet,
- wird die Umfangsfläche mit einer Substratanordnung zur Ableitung von Wärme aus dem Targetelement in Kontakt gebracht,
- wird die Außenoberfläche des Targetelements außerdem durch eine Seitenfläche des Targetelements gebildet, wobei eine Erstreckung der Seitenfläche eine Dicke des Targetelements definiert und wobei eine Umfangslinie der Seitenfläche eine Randlinie der Umfangsfläche bildet
- wird die Seitenfläche des Targetelements zur Bestrahlung mit den Teilchen freiliegend angeordnet und bildet einen Teil der Stirnfläche des Targets.

Merkmale von Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Targets.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert, wobei hinsichtlich des Targets die Ausführungsform aus 3 und 4b als erfindungsgemäß anzusehen ist und die Targets der anderen Figuren dem allgemeinen Verständnis dienen. In Ihrer Art und Funktion übereinstimmende Merkmale können dabei ausführungsformübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Es stellen dar:

1 schematisch eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Strahlungsquelle, umfassend ein erfindungsgemäßes Target;
2 eine perspektivische Einzeldarstellung eines Targets gemäß einer ersten Ausführungsform insbesondere zur Verwendung in der Strahlungsquelle aus 1;
2a eine perspektivische schematische Darstellung eines Targetelements gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform;
3 eine Vorderansicht eines Targets gemäß einer zweiten Ausführungsform insbesondere zur Verwendung in der Strahlungsquelle aus 1;
4a, 4b schematische Ansichten zum Erläutern einer Brennfleckbegrenzung bei einem Target gemäß Stand der Technik (4a) und bei einem erfindungsgemäßen Target (4b);
5 eine Vorderansicht eines Targets gemäß einer dritten Ausführungsform zur Verwendung in der Strahlungsquelle aus 1; und
6 eine Vorderansicht eines Targets gemäß einer vierten Ausführungsform zur Verwendung in der Strahlungsquelle aus 1.

In 1 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Strahlungsquelle 1 gezeigt, die ein erfindungsgemäßes Target 10 umfasst und mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführbar ist.
Die Strahlungsquelle 1 umfasst eine schematisch angedeutete Elektronenstrahlquelle 12. Die Elektronenstrahlquelle 12 bildet eine Teilchenstrahlquelle zum Aussenden von Elektronen. Die Elektronenstrahlquelle 12 ist dazu eingerichtet, Teilchen in Form von Elektronen entlang einer Teilchenstrahlachse A zu emittieren und auf das Target 10 zu richten. Entlang der Teilchenstrahlachse A sind verschiedene Spulen zum Ausrichten und Fokussieren des Elektronenstrahls positioniert. Genauer gesagt sind ausgehend von der Elektronenstrahlquelle 12 und in Richtung des Targets 10 betrachtet zunächst eine erste und zweite Strahlablenkeinheit 14, 16 vorgesehen, mit denen die Ausrichtung der Strahlachse A an sich variierbar ist. Ferner ist eine Fokusspule 18 vorgesehen, die eine Apertur 20 umfasst und mit der eine Fokusebene des Elektronenstrahls einstellbar ist. In bekannter Weise kann diese Fokusebene im Bereich des Targets 10 oder geringfügig davor oder dahinter positioniert sein. Nicht dargestellt ist ferner, dass zumindest im Bereich der Strahlablenkeinheiten 14, 16 und der Fokusspule 18 ein Kupferrohr vorgesehen sein kann, welches die Strahlachse A umgibt.
Das Target 10 ist in 1 ebenfalls in Draufsicht gezeigt. Ein Erstreckungsbereich 21, in dem die Targetelemente insbesondere gemäß einer der nachstehenden Ausführungsformen angeordnet sind, ist strichliert angedeutet. Eine Erstreckung der Tiefe T des Targets ist ebenfalls markiert. Diese fällt allgemein mit einer Längserstreckung der nachstehend erläuterten Targetelemente zusammen.
Das Target 10 weist eine dem Elektronenstrahl zugewandte und leicht konvex gewölbte Stirnfläche 22 auf. Wie nachstehend erläutert, ist diese Stirnfläche 22 auch gegenüber dem Elektronenstrahl sowie relativ zur Blattebene geneigt. Trifft der Elektronenstrahl auf die Stirnfläche 22 und dringt in das Material des Targets 10 ein und wird abgebremst, woraufhin Röntgenstrahlung emittiert wird. Ein Röntgennutzstrahlkegel, tritt entlang einer Achse SA durch eine Blende 24 in die Umgebung aus und fällt nach Durchstrahlen eines Objekts auf eine nicht dargestellte Detektoreinrichtung, um ein Durchstrahlungsbild des Objekts zu erzeugen.
Das Target 10 ist ferner mit einer Positioniereinrichtung 26 (oder auch Verstellmimik) gekoppelt. Die Positioniereinrichtung 26 ermöglicht ein Verdrehen des Targets 10 um eine senkrecht auf der Blattebene stehende Achse V. Folglich kann auch die Stirnfläche 22 des Targets 10 relativ zu dem Elektronenstrahl verdreht werden. Wie aus der Ansicht von 1 erschließbar, kann z.B. bei einer gleichbleibenden Ausrichtung der Elektronenstrahlachse A der Elektronenstrahl somit auf unterschiedliche Bereiche der Stirnfläche 22 des Targets 10 gerichtet werden und insbesondere entlang einer Linie entlang der Stirnfläche 22 bewegt werden (z.B. in 1 von links oben nach rechts unten oder umgekehrt). Wie nachstehend noch näher erläutert, ist eine derartige Positioniermöglichkeit sinnvoll, um auf einen lokalen Verschleiß (z.B. Abbrand) des Targets 10 zu reagieren. Ebenso ist es bei bestimmten Ausführungsformen möglich, hierüber die Brennfleckgröße zu variieren. Zusätzlich oder alternativ ist es erfindungsgemäß aber auch möglich, eine geringfügige Positionsänderung des Brennflecks über ein Ändern der Ausrichtung der Elektronenstrahlachse A zu erzielen (z.B. mittels der entsprechenden Strahlablenkeinheiten 14, 16 und/oder mittels der Fokusspule 18 im Rahmen einer sogenannten Strahljustage).
Wie aus der Darstellung von 1 ferner ableitbar ist, stellt die gewölbte Stirnfläche 22 des Targets 10 sicher, dass in Richtung der Elektronenstrahlachse A auch bei einer Drehung um die Achse V ein gleichbleibender Abstand zwischen der Stirnfläche 22 und der Elektronenstrahlquelle 12 eingehalten wird. Dies hat zur Folge, dass sich die Anordnung der Stirnfläche 22 relativ zu der Fokusebene des Elektronenstrahls nicht wesentlich ändert und auch die Brennfleckgröße im Wesentlichen konstant bleibt.
In 2 ist eine schematische perspektivische Einzelteildarstellung eines Targets 10 zur Verwendung insbesondere in der Strahlungsquelle 1 aus 1 gezeigt. Das Target 10 ist dabei gemäß einer ersten Ausführungsform ausgebildet. Es umfasst ein schichtartiges Targetelement 20, im Fall eines Elektronenstrahls ein Anodenelement, das Wolfram aufweist. Das Targetelement 20 ist dazu ausgebildet, bei einem Bestrahlen mit Elektronen Bremsstrahlung in Form von Röntgenstrahlung zu emittieren.
Das Targetelement 20 ist in einer Substratanordnung 28 aufgenommen, die aus z.B. mittels eines CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahrens hergestelltem Diamant besteht. Die Substratanordnung 28 umfasst ein erstes Substratelement 30 und ein zweites Substratelement 32. Die in der Darstellung der 2 oben und unten liegenden Oberflächen des Targetelements 20 sind jeweils in mechanischem Kontakt mit der Substratanordnung 28, und zwar vorzugsweise jeweils vollflächig in Kontakt. Daher ist das Targetelement 20 zwischen den beiden Substratelementen 30, 32 angeordnet. In einer konkreten Ausgestaltung ist das Targetelement 20 durch Abscheiden seines Materials auf dem ersten Substratelement 30 aufgebracht und ist das zweite Substratelement 32 gegen die in der Darstellung oben liegende Oberfläche des Targetelements 20 gepresst. Die Abscheidung des Materials des Targetelements 20 hat den Vorteil, dass dadurch eine gut wärmeleitende Verbindung zu dem ersten Substratelement 30 geschaffen werden kann. Außerdem ist das Abscheiden von Material gut dafür geeignet, ein schichtartiges Targetelement zu erzeugen. Nach dem Abscheiden des Materials kann die Form des abgeschiedenen Materials noch verändert werden, zum Beispiel um das in 3 dargestellte Targetelement zu erzeugen.
Die Substratanordnung 28 selbst ist in einer wiederum zweigeteilt ausgebildeten Wärmeableitanordnung 34, z.B. aus Kupfer, aufgenommen. Genauer gesagt umschließt die Wärmeableitanordnung 34 die Substratanordnung 28 und liegt großflächig an den größten Außenoberflächen der Substratanordnung 28 an dieser an. In der Wärmeableitanordnung 34 ist ferner zumindest ein Kühlkanal 36 vorgesehen, durch den ein Kühlmittel zum Abtransport von Wärme fließt. Der Kühlkanal 36 ist mit einer nicht dargestellten Kühlvorrichtung der Strahlungsquelle 1 verbunden.
In 2 und in den nachfolgenden Figuren ist aufgrund der einfacheren Darstellung das Target 10 nicht mit einer gewölbten Stirnfläche 22, sondern mit einer planen Stirnfläche 22 dargestellt. Dies gilt analog für das Targetelement 20 und die Substratanordnung 28. Die gewölbte Stirnfläche 22 ist aus den oben genannten Gründen vorteilhaft, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sodass die Stirnfläche 22 auch plan ausgebildet sein kann.
Im Folgenden wird der vorstehend erläuterte Grundaufbau des Targets 10 näher erläutert. Zunächst erkennt man in 2, dass in der dem Elektronenstrahl zugewandten Stirnfläche 22 die Substratanordnung 28 und auch das Targetelement 20 jeweils freigelegt und somit exponiert sind. Nicht dargestellt ist, dass die in 2 gezeigten entsprechenden Vorderflächen der Substratelemente 30, 32 auch jeweils mit einer geeigneten Materialschicht (zum Beispiel aus Kohlenstoff) abgeschirmt sein können, um das Entstehen eines elektrischen Gegenfeldes bei einem Bestrahlen mit dem Elektronenstrahl zu verhindern.
Das Targetelement 20 ist schichtartig ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dabei die Schichtdicke D konstant. Weiterhin ist die Schichtdicke D vergleichsweise dünn gewählt und beträgt z.B. mindestens 10 µm, vorzugsweise mindestens 20 µm und/oder z.B. höchstens 200 µm, vorzugsweise höchstens 100 µm. Man erkennt, dass eine jeweilige Dicke C der Substratelemente 30, 32 die Schichtdicke D des Targetelements 20 um ein Vielfaches, z. B. mindestens um ein Fünffaches und vorzugsweise mindestens um ein Zehnfaches überschreitet. Sämtliche der vorstehend erläuterten Dickenmaße C, D verlaufen dabei senkrecht zu der Tiefenrichtung, in der sich das Targetelement mit einer Tiefe T erstreckt. Falls das Target 10 in einer Anordnung wie in 1 gezeigt verwendet wird, trifft die Elektronenstrahlachse A geneigt bzw. abgewinkelt zur Tiefenrichtung auf die freiliegende Stirnfläche des Targetelements 20 auf.
Weiterhin ist in 2 strichliert angedeutet, dass sich das Targetelement 20 mit einer Länge L in das Target 10 hinein erstreckt. Diese Länge L entspricht einer vorstehend erläuterten Tiefe T des Targets 10 (siehe 1). Die Länge L beträgt bevorzugt mindestens 10 µm, mindestens 20 µm oder mindestens 40 µm, besonders bevorzugt mindestens 100 µm. In der Praxis kann die Länge z.B. 200 µm betragen. Alternativ oder zusätzlich kann die Länge L um mindestens einen Faktor 3 oder 5, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 10, größer sein als die Schichtdicke D.
Die Breite B beträgt bevorzugt mindestens 1 mm oder mindestens 2 mm, besonders bevorzugt mindestens 4 mm und kann in der Praxis z.B. 5 mm betragen. Die Breite B kann daher insbesondere mindestens um einen Faktor 20, 50 oder 100 größer sein als die Schichtdicke D. Somit lässt sich die Größe eines Brennflecks in Richtung der Schichtdicke D begrenzen, während in Richtung der Breite B ein großer Bereich für den Brennfleck, d. h. zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, zur Verfügung steht. Die Größe des Brennflecks kann in Richtung der Breite B zu jedem Zeitpunkt deutlich kleiner sein als die Breite B. Zum Beispiel kann die Größe des Brennflecks in Richtung der Breite B größer sein als 10 µm oder 20 µm und/oder kleiner sein als 200 µm oder 100 µm und z. B. 60 µm betragen. Die Breite B kann z.B. mindestens um einen Faktor 5, 10 oder 50 größer sein als die Größe des Brennflecks in Richtung der Breite B.
Das Targetelement 20 ist folglich entlang seiner gesamten Länge L in der Substratanordnung 28 aufgenommen, wobei die Substratanordnung 28 ebenfalls entlang ihrer gesamten Länge in der Wärmeableitanordnung 34 aufgenommen ist. „Aufgenommen“ bedeutet insbesondere, dass die Oberflächen der aneinander angrenzenden Schichten des Targetelements und der Substratanordnung vollflächig miteinander in Kontakt sind. Die resultierenden großflächigen Anlagebereiche ermöglichen einen umfassenden Wärmeaustausch zwischen diesen Elementen und insbesondere eine Wärmeableitung aus dem Targetelement 20 in die Substratanordnung 28 und von dieser in die Wärmeableitanordnung 34.
Das Targetelement 20 weist in dem Ausführungsbeispiel ferner einen im Wesentlichen rechteckigen Grundriss oder, anders ausgedrückt, eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche auf. Diese umfasst zwei kürzere Seiten 2 und zwei längere Seiten 3, die jeweils parallel verlaufen, wie die vergrößerte Darstellung lediglich des Targetelements 20 in 2a zeigt. Eine der kürzeren Seiten 2, nämlich die in 2 vorne und in 2a links vorne liegende Seite, weist dabei eine innerhalb der Stirnfläche 22 des Targets 10 angeordnete freigelegte Seitenfläche 38 exponiert zur Bestrahlung mit Elektronen oder anderen Teilchen auf. Die Seitenfläche 38 definiert die Dicke D und die im Vergleich dazu größere Breite B des schichtförmigen Targetelements 20.
Aufgrund der schichtartigen Gestaltung des Targetelements 20 kann letzteres quaderförmig (wie in 2a dargestellt) oder prismatisch ausgebildet sein. Die freigelegte Seitenfläche 38 sowie eine dieser gegenüberliegende weitere Seitenfläche 38a können folglich als eine Deckelfläche und eine Grundfläche dieses Quaders bzw. Prismas aufgefasst werden. Diese Seitenflächen 38, 38a grenzen an Außenoberflächen 39, 39a des Targetelements 20 an, welche in der Darstellung der 2a an einer Oberseite und an einer Unterseite des Targetelements 20 liegen, vgl. 2a. Senkrecht zu den Außenoberflächen 39, 39a sowie zu der freigelegten Seitenfläche 38 und der dieser gegenüberliegenden Seitenfläche 38a verlaufen eine Seitenfläche 37 und eine dieser gegenüberliegende Seitenfläche 37a. Die Seitenflächen 37, 37a und die Außenoberflächen 39, 39a bilden zusammen eine in sich geschlossen umlaufende Umfangsfläche, welche das Materialvolumen des Targetelements 20 im Sinne eines Hohlraums mit einem rechteckigen Querschnitt umschließen. Eine an einer Seite in sich geschlossen umlaufende Randlinie R der Umfangsfläche bildet eine Umfangslinie der freigelegten Seitenfläche 38. Die Randlinie R und die Umfangslinie sind somit identisch. Wenn das Targetelement 20 als Quader ausgebildet ist, verlaufen die Außenoberfläche 39 an der Oberseite und die Außenoberfläche 39a an der Unterseite orthogonal zur Stirnfläche 22 des Targets 10. Der Flächeninhalt der Umfangsfläche ist vorzugsweise um mindestens den Faktor 10, bevorzugt um den Faktor 50 oder besonders bevorzugt um den Faktor 100 größer als der Flächeninhalt der freigelegten Seitenfläche 38.
Dies hat zur Folge, dass ein vergleichsweise geringer Materialanteil des Targetelements 20 zur Bestrahlung mit den Elektronen freigelegt ist und dass hingegen ein entsprechend großer Materialanteil an dem Substratmaterial der Substratanordnung 28 angrenzt und verbleibt, um Wärme direkt in die Substratanordnung 28 abzuleiten und einen etwaigen Abbrand des Targetelements 20 auszugleichen.
Dieser Zusammenhang verdeutlicht sich ferner aus einer näheren Betrachtung der Substratanordnung 28. Wie erwähnt, sind die Substratelemente 30, 32 der Substratanordnung 28 im Wesentlichen blockförmig ausgebildet und mit einer im Vergleich zum Targetelement 20 größeren Dicke C ausgebildet. Man erkennt, dass ein in 2 erstes unteres Substratelement 30 an einer Unterseite des Targetelements 20 anliegt, während ein zweites oberes Substratelement 32 an einer Oberseite des Targetelements 20 anliegt. Dabei erstrecken sich die Substratelemente 30, 32 jeweils mit einer zu dem Targetelement 20 analogen Länge in das Target 10 hinein. Dies hat zur Folge, dass die Unterseite des Targetelements 20 vollflächig an dem Substratelement 30 und die Oberseite des Targetelements 20 vollflächig an dem Substratelement 32 anliegt. Damit wird eine Brennflecklage an der Seitenfläche 38 und eine direkte Ableitung der Wärme in das erste Substratelement 30 und zweite Substratelement 32 erreicht.
Zur Kopplung der Substratanordnung 28 und des Targetelements 20 kann das Targetelement 20 an eines der Substratelemente 30, 32 gelötet werden, insbesondere unter Verwendung eines bereits bekannten Lotmaterials, das zum Beispiel Kupfer, Silber, Gold oder Zinn und Nickel aufweist. Das verbleibende Substratelement 30, 32 kann dann auf die jeweils verbleibende Ober- oder Unterseite des Targetelements 20 gepresst werden. Eine entsprechende Anpresskraft kann über nicht dargestellte mechanische Befestigungs- oder Klemmmittel erfolgen. Diese können auch dazu vorgesehen sein, die zwei Teile der zweigeteilten Wärmeableitanordnung 34 aneinander festzuklemmen, wobei eine entsprechende Anpresskraft von der Wärmeableitanordnung 34 auch auf die Substratelemente 30, 32 übertragbar ist.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass in der Stirnfläche 22 die freigelegten (oder optional beschichteten) Flächen der Substratelemente 30, 32 der Wärmeableitanordnung 34 und auch die freigelegte Seitenfläche 38 des Targetelements 20 miteinander fluchten können, dies aber nicht zwingend erforderlich ist. Die Stirnfläche 22 des Targets 10 kann somit eine im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweisen, wobei auch eine in 2 nicht gesondert dargestellte Wölbung der gesamten Stirnfläche 22 oder nur der Seitenfläche 38 gemäß der Draufsicht aus 1 vorgesehen sein kann.
Wie erläutert, ist das Targetelement 20 mit einer konstanten Dicke D ausgebildet, welche in der Darstellung der 2 und der 2a einer Höhe der Seitenfläche 38 entspricht. Insbesondere ist diese Dicke D entlang einer Breite B (siehe 2a) der Seitenfläche 38 konstant, wobei diese Breite B quer zu der Länge L der Grundfläche des Targetelements 20 verläuft. Eine hiervon abweichende zweite Ausführungsform eines Targets 10 wird im Folgenden anhand von 3 erläutert. Die Grundstruktur dieses Targets 10 entspricht dabei im Wesentlichen derjenigen aus 2, mit Ausnahme der nachstehend erläuterten Abweichungen.
3 zeigt eine Vorderansicht der Stirnfläche 22 des Targets 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Stirnfläche 22 kann dabei analog zur Draufsicht aus 1 insgesamt oder nur im Bereich der exponierten Seitenfläche des Targetelements konvex gewölbt ausgebildet sein. Weiterhin kann sie mit einer ebenen Oberfläche ausgebildet sein und umfasst erneut entsprechende Stirnflächen von der wiederum zweigeteilten Wärmeableitanordnung 34, von den zwei Substratelementen 30, 32, welche ein Targetelement 20 sandwichartig aufnehmen, sowie eine freigelegte Seitenfläche 38 des Targetelements 20. Das Targetelement 20 ist wiederum schichtartig ausgebildet und in der Draufsicht (entsprechend 1) rechteckförmig (nicht erkennbar in 3). Die freigelegte Seitenfläche 38 bildet wiederum eine kürzere Seite dieses Rechteckes.
Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform ist jedoch eine Schichtdicke D des Targetelements 20 entlang der Breite B des Targetelements 20 nicht konstant. Stattdessen variiert diese, sodass eine Querschnittsform des Targetelements 20 und somit eine Form der freigelegten Seitenfläche 38, wie in 3 erkennbar, trapezförmig ist. Genauer gesagt erkennt man in 3, dass die Schichtdicke D von links nach rechts und somit entlang der Breite B der freigelegten Seitenfläche 38 zunimmt und in der gezeigten Ausführungsform sogar kontinuierlich bzw. linear zunimmt. Je nachdem, auf welchen Abschnitt der freigelegten Seitenfläche 38 der Elektronenstrahl gerichtet wird, trifft dieser somit auf einen unterschiedlich dicken Bereich des Targetelements 20. Dieser Wechselwirkungsbereich oder Auftreffbereich von dem Elektronenstrahl auf das Targetelement 20 wird auch als Brennfleck bezeichnet. Durch Richten des Elektronenstrahls auf verschiedene Abschnitte der freigelegten Seitenfläche 38 kann somit die Brennfleckgröße variiert werden, was nachstehend noch näher erläutert wird. Das Ändern der Ausrichtung des Elektronenstrahls relativ zu dem Target 10 kann wiederum mittels der Positioniereinrichtung 26 aus 1 erfolgen.
Anhand der 4a und 4b wird im Folgenden das Erzeugen von Röntgenstrahlung näher erläutert. 4a und 4b enthalten dabei analoge Darstellungen, wobei jedoch in 4a ein Target 10 gemäß dem Stand der Technik und in 4b ein erfindungsgemäßes Target gemäß der zweiten Ausführungsform aus 3 verwendet wird.
Zunächst Bezug nehmend auf 4a ist im linken Bereich der 4a eine Draufsicht auf einen Teil des Targets 10 gezeigt, auf dessen Stirnfläche 22 ein Elektronenstrahl E mit z.B. kreisrundem Querschnitt auftrifft. Der Querschnitt des Elektronenstrahls E und auch der Querschnitt des resultierenden Röntgenstrahls, dessen Entstehung noch beschrieben wird, sind in die Figurenebene gedreht dargestellt. In dem rechten Bereich der 4a ist eine Seitenansicht von links entlang A-A gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik ist die Stirnfläche 22 vollflächig durch ein Anodenmaterial (d.h. zur Erzeugung invasiver Strahlung geeignetes Targetmaterial) gebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein entsprechendes Targetelement 20 als Schicht ausgebildet ist, diese Schicht jedoch eine darunter liegende Substrat-Stirnfläche des Targets 10 vollständig abdeckt und auf diese flächig aufgetragen ist.
Der Elektronenstrahl E trifft in einem elliptischen Auftreff- bzw. Wechselwirkungsbereich auf die geneigte Stirnfläche 22 auf, sodass der rechts in 4a dargestellte elliptisch geformte Brennfleck 40 entsteht. Als Resultat der Wechselwirkung von Anodenmaterial und Elektronenstrahl E wird ein Röntgenstrahl S1 mit einem ebenfalls elliptischen und vollflächig ausgefüllten Querschnitt emittiert (siehe 4a, unterer Bereich).
Die Darstellung in 4b zeigt in ihrem linken Bereich eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Target 10 gemäß 3. 4b zeigt in analoger Weise wie 4a das Auftreffen eines Elektronenstrahls E mit kreisrundem Querschnitt auf eine geneigte Stirnfläche 22 des Targets 10. Auch in diesem Fall ist der Auftreffbereich des Elektronenstrahls E auf dem Target 10 aufgrund der Neigung der Stirnfläche 22 elliptisch.. Da das Material des Targetelements die auftreffende Elektronenenergie mit deutlich höherer Effizienz als die Substratelemente 30, 32 in Röntgenstrahlung umwandelt, wird im Bereich des Brennflecks 40 nur in der Zone des Targetelements Röntgenstrahlung emittiert. Von dem elliptischen Brennfleck 40 sind daher seitliche Randbereiche abgeschnitten, sodass zur Erzeugung von Röntgenstrahlung nur noch ein trapezförmiger Teilbereich als Brennfleck verbleibt. Die Strahlung in dem elliptischen Auftreffbereich erzeugt also lediglich in einem trapezförmigen Teilbereich des Auftreffbereichs eine Röntgenstrahlung, da lediglich in dem trapezförmigen Teilbereich die Seitenfläche 38 des Targetelements 20 freiliegt. Im rechten Bereich der 4b ist eine Vorderansicht des Targets 10 entlang der Pfeile B-B im linken Bereich der 4b dargestellt. Diese Ansicht entspricht der Vorderansicht der Ausführungsform gemäß 3. Durch die Schichtdicke D, die bei dieser Ausführungsform in der Breitenerstreckung nicht konstant ist, wird der Brennfleck 40 somit in einer Dimension beschränkt (nämlich in der Dimension der Schichtdicke D). Dies ist vorteilhaft, da durch das Richten der Elektronenstrahlung auf unterschiedlich dicke Bereiche der freigelegten Seitenfläche 38 des Targetelements 20 eine Größe des resultierenden Brennflecks 40 eingestellt werden kann. Von dem Targetelement 20 wird ein Röntgenstrahl S2 emittiert, der eine Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner als die Querschnittsfläche des Röntgenstrahls S1 gemäß dem Stand der Technik ist, vgl. 4a. Dies ist vorteilhaft, da somit eine höhere Auflösung erzielbar ist (vgl. 4b, linker Bereich).
Zusammenfassend verdeutlicht sich aus 4b, dass mit dem erfindungsgemäßen Target eine relativ geringe Querschnittsfläche der emittierten Röntgenstrahlung S2 erzielbar ist. Dies gelingt durch Bestrahlen der freigelegten Seitenfläche 38 des Targetelements 20 gemäß der Ausführungsform in 4b, anstatt des Bestrahlens eines Targetelements 20 gemäß dem Stand der Technik, bei der im Auftreffbereich der Bestrahlung keinerlei Begrenzung des Brennflecks 40 erfolgt (siehe 4a). Da aber über die vorstehend erläuterte schichtförmige Erstreckung des Targetelements 20 in das Target 10 hinein ein vergleichsweise großes Materialvolumen verfügbar ist, kann entstehende Wärme mit ausreichender Leistung aus dem Targetelement 20 abtransportiert werden. Der Elektronenstrahl E muss somit nicht signifikant aufgeweitet oder sogar partiell abgeblendet werden, um Beschädigungen des Targetelements 20 zu vermeiden. Im Ergebnis wird daher eine geringe Querschnittsfläche der emittierten Röntgenstrahlung unter Beibehaltung einer hohen Leistungsdichte ermöglicht.
In 5 und 6 sind weitere Ausführungsformen eines Targets 10 zur Verwendung in einer Strahlungsquelle 1 aus 1 gezeigt. Die Darstellungen zeigen jeweils eine Vorderansicht auf einen Stirnflächenbereich des Targets 10, wobei jedoch ein äußeres Wärmeableitelement oder eine äußere Wärmeableitanordnung 34 jeweils nicht dargestellt aber prinzipiell vorgesehen ist. Stattdessen ist wiederum eine Substratanordnung 28 mit zwei blockförmigen Substratelementen 30, 32 gezeigt. Diese nehmen jeweils wenigstens ein Targetelement 20 zwischen sich auf.
Die Targetelemente 20 sind drahtförmig und mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet und erstrecken sich analog zur schichtartigen Gestaltung gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform entlang einer nicht gesondert dargestellten jeweiligen Längsachse in das Target 10 hinein. Hierüber wird erneut ein ausreichendes Materialvolumen bereitgestellt, um Verschleiß auszugleichen und eine hohe Wärmeableitung vom Brennfleck ausgehend direkt in die Substratelemente 30, 32 sicherzustellen. Wie in 5 gezeigt, ist die freigelegte Seitenfläche 38 eines Targetelements 20 somit ebenfalls kreisrund ausgebildet. Ein Durchmesser des drahtförmigen Targetelements 20 definiert folglich auch eine Dicke D des Targetelements 20 und der freigelegten Seitenfläche 38, die zur Bestrahlung durch Elektronen zur Verfügung steht.
In der Variante von 5 ist lediglich ein Targetelement 20 vorgesehen. Dieses ist in einer Aufnahmestruktur 42 in Form einer Nut mit rechteckigem und einseitig offenem Querschnitt aufgenommen. Es sind aber auch andere Aufnahmestrukturen 42 und insbesondere Querschnittsformen denkbar. Beispielweise kann auch eine U-förmige oder eine V-förmige Nut vorgesehen sein. Die Nut ist in dem unteren ersten Substratelement 30 ausgebildet, während das in 5 gezeigte obere zweite Substratelement 32 die offene Seite der Nut verschließt. Die Substratelemente 30, 32 werden hierfür analog zu den vorstehenden Ausführungsformen aneinandergepresst.
Eine Brennfleckgröße wird bei einem Auftreffen eines Elektronenstrahls auf die freigelegte Seitenfläche 38 somit maßgeblich über die Dicke D des drahtförmigen Targetelements 20 bestimmt. Die Dicke D kann wiederum derart gewählt sein, dass geringe Spotgrößen bzw. Querschnittsflächen der emittierten Röntgenstrahlung S2 erzielbar sind. Weist beispielsweise der auftreffende Elektronenstrahl E einen Durchmesser auf, der die Dicke D überschreitet, begrenzt die Dicke (bzw. der Durchmesser des drahtförmigen Targetelements 20) den resultierenden Brennfleck 40 entsprechend, wodurch auch die Spotgröße der emittierten Röntgenstrahlung S2 begrenzt wird (vgl. 4b). Über das in die Blattebene hineinverlaufende zusätzliche Materialvolumen des drahtförmigen Targetelements 20 kann bei Bedarf Targetmaterial nachgeführt werden.
Obwohl in 5 nur ein einzelnes Targetelement 20 gezeigt ist, können auch mehrere drahtförmige Targetelemente 20 vorgesehen sein, die vorzugsweise innerhalb der Stirnfläche 22 entlang einer gemeinsamen Linie und bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind. Dabei können die Targetelemente 20 mit einer gleichen Dicke D ausgebildet sein, sodass bei dem Verschleiß eines der Targetelemente 20 durch Neuausrichten von Elektronenstrahl und Target 10 zu einem anderen, noch nicht verschlissenen Targetelement 20 gewechselt werden kann (z.B. mittels der Positioniereinrichtung 26 aus 1).
In 6 ist hingegen eine Ausführungsform gezeigt, bei der eine Mehrzahl von drahtförmigen Targetelementen 20 mit unterschiedlichen Dicken D1, D2 und D3 ihrer Seitenflächen 38 innerhalb der Stirnfläche 22 eines Targets 10 freigelegt sind. Je nachdem, auf welches Targetelement 20 der Elektronenstrahl gerichtet wird, kann somit eine unterschiedliche Brennfleckgröße und somit ein unterschiedlich großer Querschnitt des erzeugten Röntgenstrahls eingestellt werden. Die freigelegten Seitenflächen 38 sind nebeneinander angeordnet, wobei ihre oberen Außenrandpunkte entlang einer in 6 horizontal verlaufenden Linie angeordnet sind, die durch den unteren Rand des zweiten Substratelementes 32 definiert ist. Durch geeignete Abmessungen und/oder Formen der Aufnahmestrukturen kann alternativ z.B. erreicht werden, dass die jeweiligen Mittelpunkte der kreisrunden freigelegten Seitenflächen 38 auf einer virtuellen geraden Linie liegen (nicht in 6 dargestellt).
Da in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Brennfleckgröße maßgeblich durch die Dicke des Targetelements 20 bestimmt wird, können auch die Anforderungen an eine Fokussierung des Elektronenstrahls reduziert werden. Z.B. wirkt sich eine gegebenenfalls nicht hochgenaue Fokussierung des Elektronenstrahls eher auf eine Effizienz der Strahlungsquelle 1 im Sinne eines Verhältnisses aus Leistung der Elektronenstrahlquelle 12 zur erzielten Röntgenstrahlung aus. Die Brennfleckgröße bleibt hingegen auch bei einer unpräzisen Fokussierung vergleichsweise stabil, sodass eine im Wesentlichen konstante Auflösung erzielbar ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein aufgrund einer unpräzisen Fokussierung gegebenenfalls zu großer oder zu kleiner Auftreffbereich des Elektronenstrahls E auf dem Targetelement 20 ohne Auswirkungen bleibt, da der resultierende Brennfleck 40 ohnehin durch die Dicke D des Targetelements 20 vorgegeben und beschränkt wird.

Claims

Target (10) für eine Strahlungsquelle (1) invasiver elektromagnetischer Strahlung, mit wenigstens einem Targetelement (20), das dazu eingerichtet ist, bei einer Bestrahlung mit Teilchen eine invasive elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und das mit einer Substratanordnung (28) zur Ableitung von Wärme aus dem Targetelement (20) gekoppelt ist, wobei das Targetelement (20) eine Umfangsfläche aufweist, welche einen ersten Teil einer Außenoberfläche des Targetelements (20) bildet, wobei die Außenoberfläche des Targetelements (20) außerdem durch eine Seitenfläche (38) des Targetelements (20) gebildet ist, wobei eine Erstreckung der Seitenfläche (38) eine Dicke (D; D1, D2, D3) des Targetelements (20) definiert, wobei eine Umfangslinie der Seitenfläche (38) eine Randlinie der Umfangsfläche bildet, wobei das Target (10) eine Stirnfläche (22) aufweist, als deren Teil die Seitenfläche (38) des Targetelements (20) zur Bestrahlung mit den Teilchen freiliegend angeordnet ist, und wobei die Substratanordnung (28) mit der Umfangsfläche in Kontakt ist, wobei das Targetelement (20) schichtartig ausgebildet ist und eine im Vergleich zur Dicke (D) größere Breite (B) aufweist, wobei eine Gesamtlänge der Umfangslinie durch die Dicke (D) und durch die Breite (B) definiert ist, wobei die Substratanordnung an in Richtung der Dicke (D) einander gegenüberliegenden Seiten der Umfangsfläche mit dieser in Kontakt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (D) des schichtartigen Targetelements (20) an der Seitenfläche (38) mit zunehmender Erstreckung in Richtung der Breite (B) zunimmt.
Target (10) nach Anspruch 1, wobei die Umfangsfläche größer als die Seitenfläche (38) ist.
Target (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Targetelement (20) einen polygonalen Grundriss mit unterschiedlichen Seitenlängen aufweist und wobei die Seitenfläche (38) eine Seite dieses Grundrisses definiert, die nicht die größte Seitenlänge hat.
Target (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Targetelement (20) zylindrisch ausgebildet ist und wobei die Seitenfläche (38) eine elliptische oder kreisförmige Endfläche des Targetelements bildet.
Target (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Target (10) eine Mehrzahl von Targetelementen (20) mit unterschiedlichen Dicken (D1, D2, D3) umfasst und wobei die freigelegten Seitenflächen (38) entlang einer gemeinsamen Linie angeordnet sind.
Target (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Substratanordnung (28) das Targetelement (20) zumindest abschnittsweise umschließt.
Target (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Substratanordnung (28) ein erstes Substratelement (30) und ein zweites Substratelement (32) aufweist, die zumindest einen Abschnitt des Targetelements (20) zwischen sich aufnehmen.
Target (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Substratanordnung (28) in einem Wärmeableitelement oder einer Wärmeableitanordnung (34) aufgenommen ist, welches mit einer Kühlvorrichtung verbunden oder verbindbar ist.
Target (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Substratanordnung (28) Diamant oder ein diamanthaltiges Material umfasst und/oder wobei das Targetelement (20) Wolfram umfasst.
Strahlungsquelle (1) zum Erzeugen invasiver elektromagnetischer Strahlung, umfassend: - ein Target (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche; - eine Teilchenstrahlquelle (12), die dazu eingerichtet ist, einen Teilchenstrahl auf das Target (10) einzustrahlen; und - eine Positioniereinrichtung (26), die dazu eingerichtet ist, das Target (10) und den Teilchenstrahl variabel relativ zueinander auszurichten, so dass der Oberflächenbereich des Targets (10), auf den der Teilchenstrahl gerichtet ist, variierbar ist.
Verwendung einer Strahlungsquelle (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Strahlungsquelle (1) eine Strahlungsquelle (1) zum Erzeugen invasiver elektromagnetischer Strahlung ist und umfasst: - ein Target (10) mit wenigstens einem Targetelement (20), das dazu eingerichtet ist, bei einer Bestrahlung mit Teilchen eine invasive elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, und das mit einer Substratanordnung (28) zur Ableitung von Wärme aus dem Targetelement (20) gekoppelt ist, wobei das Targetelement (20) eine Umfangsfläche aufweist, welche einen ersten Teil einer Außenoberfläche des Targetelements (20) bildet, wobei die Außenoberfläche des Targetelements (20) außerdem durch eine Seitenfläche (38) des Targetelements (20) gebildet ist, wobei eine Erstreckung der Seitenfläche (38) eine Dicke (D; D1, D2, D3) des Targetelements (20) definiert, wobei eine Umfangslinie der Seitenfläche (38) eine Randlinie der Umfangsfläche bildet, wobei das Target (10) eine Stirnfläche (22) aufweist, als deren Teil die Seitenfläche (38) des Targetelements (20) zur Bestrahlung mit den Teilchen freiliegend angeordnet ist, und wobei die Substratanordnung (28) mit der Umfangsfläche in Kontakt ist; - eine Teilchenstrahlquelle (12), die dazu eingerichtet ist, einen Teilchenstrahl auf das Target (10) einzustrahlen; und - eine Positioniereinrichtung (26), die dazu eingerichtet ist, das Target (10) und den Teilchenstrahl variabel relativ zueinander auszurichten, so dass der Oberflächenbereich des Targets (10), auf den der Teilchenstrahl gerichtet ist, variierbar ist; umfassend die Schritte: - Richten eines Teilchenstrahls auf einen ersten Oberflächenbereich einer Stirnfläche (22) des Targets (10); - Verändern einer Relativausrichtung von dem Target (10) und dem Teilchenstrahl derart, dass der Teilchenstrahl auf einen zweiten Oberflächenbereich der Stirnfläche (22) des Targets (10) gerichtet ist; wobei der erste und der zweite Oberflächenbereich der Stirnfläche (22) unterschiedlich dicke Bereiche von freiliegenden Seitenflächen (38) eines oder mehrerer Targetelemente (22) des Targets (10) aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines Targets (10) für eine Strahlungsquelle (1) invasiver elektromagnetischer Strahlung, wobei: - wenigstens ein Targetelement (20) bereitgestellt wird, das dazu eingerichtet ist, bei einer Bestrahlung mit Teilchen eine invasive elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, - das Targetelement (20) eine Umfangsfläche aufweist, welche einen ersten Teil einer Außenoberfläche des Targetelements (20) bildet, - die Umfangsfläche mit einer Substratanordnung (28) zur Ableitung von Wärme aus dem Targetelement (20) in Kontakt gebracht wird, - die Außenoberfläche des Targetelements (20) außerdem durch eine Seitenfläche (38) des Targetelements (20) gebildet wird, wobei eine Erstreckung der Seitenfläche (38) eine Dicke (D) des Targetelements (20) definiert und wobei eine Umfangslinie der Seitenfläche (38) eine Randlinie (R) der Umfangsfläche bildet, - die Seitenfläche (38) des Targetelements (20) zur Bestrahlung mit den Teilchen freiliegend angeordnet wird und einen Teil der Stirnfläche (22) des Targets (10) bildet, wobei das Targetelement (20) schichtartig ausgebildet wird, sodass es eine im Vergleich zur Dicke (D) größere Breite (B) aufweist, wobei eine Gesamtlänge der Umfangslinie durch die Dicke (D) und durch die Breite (B) definiert ist, wobei die Substratanordnung an in Richtung der Dicke (D) einander gegenüberliegenden Seiten der Umfangsfläche mit dieser in Kontakt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (D) des schichtartigen Targetelements (20) an der Seitenfläche (38) mit zunehmender Erstreckung in Richtung der Breite (B) zunimmt.